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基于单片机的太阳能自动盆栽灌溉器设计与制造 　　摘 要：为了满足国内外室内盆栽作物灌溉的需求， 设计了一种适宜家用的自动盆栽灌溉器。此灌溉器以STM32F103V8T6单片机作为主控核心，用湿度传感器为其传递土壤湿度信息，单片机处理完电子信号后做出分析，同时将信息传给LED显示屏和水泵，且利用太阳能电池板为系统供电，绿色环保，在供水时采用自行设计的输液器插入植物根系部分，减少水资源浪费。此装置提高了灌溉的精度和温室栽培作物的人工智能程度。　　关键词：盆栽作物；单片机；湿度传感器；自动灌溉；节能环保　　DOI：//　　0 引言　　近年来，随着社会流动人口的增加，大量的人沦为候鸟族，而其中喜欢种植盆栽的人，出差期间盆栽灌溉就成了比较头疼的问题，另外很多种植盆栽的人因工作节奏加快而常常忘记照顾盆栽。基于此，市场急需一款盆栽室内灌溉系统来弥补这一需求漏洞。目前国内外盆栽灌溉主要形式有：底部自吸式供水，使用方便，但是灌溉精度不高，随着植物的生长加吸水材料不便捷，不够人性化；对花盆称重利用单片机控制自动灌溉，这种装置灌溉方式严重依赖于花盆总重量变化，而如果植物重量较小，不易称重或植物生长状况不能按照预期生长，总重和标准值差别较大，就不易实现智能灌溉；基于可编程逻辑控制器的灌溉装置，这种装置精度高，能实现自动控制，但是价格昂贵。故急需一款自动化程度高，使用方便，造价不高的自动灌溉系统来满足这一市场需求。　　1 智能灌溉系统总体设计　　基于单片机的太阳能自动盆栽灌溉器采用嵌入式智能灌溉控制系统，具有数据采集功能，定时控制、循环控制功能，变速功能，自动停转功能，故障自动检测功能等。数据采集功能将传感器检测到的模拟量转换成数字量传到控制中心。定时控制、循环控制功能能够通过设置自动进行灌溉，湿度达到要求之后自动停止灌溉。变速功能根据检测的土壤湿度自动控制电动机的转速，控制灌溉速度。故障自动检测功能能够提醒操作人员本系统出现问题，尽快解决问题。且系统以太阳能电池板作为供能元件，能源清洁，真正实现全自动节能灌溉。　　基于单片机的太阳能自动盆栽灌溉器主要由四大模块组成。土壤检测模块：检测模块主要由土壤湿度检测器等组成，实时监测土壤含水量信息。核心控制模块：控制模块由单片机、按钮组成，是系统的核心，接受信号，分析做出反应。太阳能供能模块：供能模块主要由可充电锂电池、太阳能板、转压模块组成，吸收太阳能，将太阳能转换为系统可直接使用的电能。执行模块：包含水泵及OLED显示屏，自行设计的入土试输液器组成，实时将系统电信号传达至显示屏上，并且同时传递给水泵，进行灌溉。总体结构设计如图1所示。　　2 智能灌溉系统模块化设计　　 湿度模块　　土壤湿度检测传感器是检测模块的核心部件。本设计中使用的是YL69土壤湿度传感器，它表面采用镀镍处理，有加宽的感应面积，可以提高导电性能，防止接触土壤容易生锈的问题，延长使用寿命。YL69通过单片机IO口实现对YL69的正弦交流供电，以解决直流供电引起的两极间极化现象。YL69测量的土壤湿度范围为0～100%，且误差在±3%之间，能够满足喜阴湿花卉、耐干旱花卉、中性花?S的土壤湿度要求。而YL69输出的电压值通过AD转换，将获得的土壤湿度精确的数值传送给单片机，再经单片机内部的运算与相应程序的执行，将最终得到的指令信号输出给水泵，最终实现对花盆内植物生长土壤的实时湿度的智能控制，使其保持在植物生长所需的适宜值。TL69的信号采集与处理电路如图2所示。　　 核心控制模块　　本系统以STM32F103V8T6作为主控核心。该处理器处理速度为72M，处理速度快，能够快速进行软件上的多种算法运算，且使显示屏显示字符，图片流畅。系统中单片机的主要引脚功能如表1所示。　　单片机接受到传感器传回的数据后进行算法运算得到准确的当前土壤湿度，之后控制水泵实现相应转速的转动。其中，当单片机检测到用户按下按键后，修改相应的设定湿度，并显示在显示屏中。系统为用户提供了四种湿度选择，分别为适宜耐干旱花卉的湿度1，适宜中性花?S的湿度2和湿度3，适宜喜阴湿花卉的湿度4。并且本设计中为了满足植物适宜的浇水原则：干干湿湿，不干不浇，见干即浇，浇要浇透。。采用了以下方法：采用小流量断续浇水的方法，加上土壤湿度检测器的反馈构成闭环系统，使得系统可以为植物营造适宜的湿度环境。软件设计上使用了多种滤波算法来得到精准的当前土壤湿度状况，并通过PID算法精准控制灌溉装置。软件对土壤水分的渗透速度进行计算，使灌溉后土壤湿度全方位达到一个精准的设定值。关键算法如下所示。　　typedefstructPID_TypeDef　　{　　float Kp；//比例系数　　float Ki；//积分系数　　float Kd；//微分系数　　float